(57)【要約】【課題】  優れた耐食性・防錆性を安定に発揮する耐食性塗料、及び耐食性鉄鋼材料を提供することを目的とする。【解決手段】  Ｍｇを０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＺｎを主成分とした合金金属フレークを含有する塗料であって、該合金金属フレークの厚さが５μｍ以下、長軸の平均粒径が１〜５０μｍである耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料、およびこの塗料が塗装された鋼材であって、該鋼材表面の塗料の乾燥後の膜厚が３００μｍ以下である耐食性および防錆性に優れた鉄鋼材料。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇを０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＺｎを主成分とした合金金属フレークを含有する塗料であって、該合金金属フレークの厚さが５μｍ以下、長軸の平均粒径が１〜５０μｍであることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
【請求項２】
Ｍｇを０．１〜１０．０質量％、Ａｌを０．１〜１０％を含有し、残部がＺｎを主成分とした合金金属フレークを含有する塗料であって、該合金金属フレークの厚さが５μｍ以下、長軸の平均粒径が１〜５０μｍであることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
【請求項３】
請求項１または２に記載の塗料が塗装された鋼材であって、該鋼材表面の塗料の乾燥後の膜厚が３００μｍ以下であることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鉄鋼材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性塗料及びこれを塗装した耐食性鉄鋼材料に関し、特に各種鉄鋼材料表面に塗布したときに優れた耐食性・防錆性を発揮する耐食性塗料及び耐食性鉄鋼材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶、産業機械、車両、化学工業施設、建築物、橋梁等の構造物等およびその製造等に用いられている鉄鋼材料の防食対策として、亜鉛粉末を顔料とし有機材、無機材をビヒクル（液状バインダー成分）とした構成のジンクリッチペイントが主に使われている。ジンクリッチペイントは主に短期防錆や重防食塗装の下塗りとして用いられ、防食機構の特徴は塗膜に含まれる亜鉛粉末の犠牲防食作用である。しかしジンクリッチペイントの塗膜の防食性能は、前述のように亜鉛粉末の犠牲防食作用に強く依存することから、使用環境によっては、亜鉛の消失速度が大きく鉄鋼材料に対する保護作用が長期にわたって維持されない場合がある。
そこで、塗膜中の亜鉛粉末の含有量を高めたり膜厚を厚くしたり等の対策がとられているが、鋼材面との密着性の低下や塗膜のヒビ割れ或いは塗装作業時の塗料のタレなどが起こりやすくなり、さらには切断や溶接時の作業性が大幅に低下するなど、塗膜の防食性能と物理的性質や施工性を両立しがたく万全とはいえない。
【０００３】
そこで、従来のジンクリッチペイントの長所を保持し、更に長期にわたり犠牲防食作用を発揮する高性能ジンクリッチペイントの開発が期待され、これまでにも各種の提案がなされてきている。例えば、（特許文献１）、（特許文献２）では、亜鉛粉末の他にＺｎ−Ｍｇ合金粉末を含有させたジンクリッチペイントが、また（特許文献３）では亜鉛粉末の他にＺｎ−Ｍｇ合金粉末とＭｎ粉末を含有させたジンクリッチペイントが提案された。
【０００４】
さらに、（特許文献４）では塗料におけるＺｎ−（５〜１５％）Ｍｇ合金粉末の高寿命防食性能が示された。また（特許文献５）では金属組織がＺｎとＭｇＺｎ２より構成されるＺｎ−Ｍｇ合金粉末の高寿命防食性能が示された。また一方、（特許文献６）ではＺｎ−Ｍｇ−Ａｌ溶融メッキ層ではあるが、メッキ層の金属組織がＺｎとＭｇ２Ｚｎ１１で構成されるものがＺｎとＭｇＺｎ２で構成されるものよりもさらに耐食性に優れることが示された。
【０００５】
さらに、（特許文献７）では金属粉末の構成がＺｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金（Ｚｎ−Ｍｇ共晶又は金属間化合物）相だけからなるものよりも、これに更にＺｎとＭｇの固溶体の金属相を含有させたものが塗料化した際に、防食性が優れ、且つ、該固溶体の量が多い程防食性・防錆性が優れることを見いだすとともに、これら粉末の金属組織の混合状態によっては、性能発現が不安定で継続して十分な防食性が得られない場合もあることを同時に見出し、さらに塗膜成分中に「Ｚｎ粉末」と「Ｚｎ−Ｍｇ合金粉末」及び「ＺｎにＭｇが固溶した金属粉末」とがそれぞれ粒子として混在するとき、十分な防食性が得られることを見出して、Ｍｇ含有量が０．３〜６質量％で残部がＺｎを主成分とした金属粉末をビヒクル（液状バインダー成分）に混合してなる塗料であって、この金属粉末の構成がＺｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金相及びＺｎとＭｇの固溶体相の３種を主成分とし、かつ、これらがそれぞれ粉末粒子として塗料中に混在することを特徴とする耐食性塗料が開示されている。
【特許文献１】特開昭５９−５２６４５号公報
【特許文献２】特開昭５９−１６７２４９号公報
【特許文献３】特開昭５９−１９８１４２号公報
【特許文献４】特開平１−３１１１７８号公報
【特許文献５】特開平２−７３９３２号公報
【特許文献６】特開平８−６０３２４号公報
【特許文献７】特開２０００−８０３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術のＭｇ含有量が０．３〜６質量％で残部がＺｎを主成分とした金属粉末をビヒクル（液状バインダー成分）に混合してなる塗料であって、この金属粉末の構成がＺｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金相及びＺｎとＭｇの固溶体相の３種の相を主成分とし、かつ、これらがそれぞれ粉末粒子として塗料中に混在するＺｎ−Ｍｇ合金粉末等は、Ｚｎ粉末に比べて防食性は向上するが十分な防食性を安定に確保するためには金属組織の混合状態の制御が必要で、従って製造方法や経済性における制約が大きく、更なる改善が求められている。
従って、かかる現状に鑑みて、本発明は、従来よりも優れた耐食性・防錆性を安定して発揮する耐食性塗料、及び耐食性鉄鋼材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）  Ｍｇを０．１〜１０．０質量％含有し、残部がＺｎを主成分とした合金金属フレークを含有する塗料であって、該合金金属フレークの厚さが５μｍ以下、長軸の平均粒径が１〜５０μｍであることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
（２）  Ｍｇを０．１〜１０．０質量％、Ａｌを０．１〜１０％を含有し、残部がＺｎを主成分とした合金金属フレークを含有する塗料であって、該合金金属フレークの厚さが５μｍ以下、長軸の平均粒径が１〜５０μｍであることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鋼材用塗料。
（３）  （１）または（２）に記載の塗料が塗装された鋼材であって、該鋼材表面の塗料の乾燥後の膜厚が３００μｍ以下であることを特徴とする耐食性および防錆性に優れた鉄鋼材料。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の塗料およびこれを塗装した鉄鋼材料は、従来品よりも優れた防食性・防錆性を発揮するものである。従って、船舶、産業機械、車両、化学工業施設、建築物、橋梁等の構造物等およびその製造等に用いられている鉄鋼材料の防食対策として好適に使用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者等は、課題を解決するためにＺｎとＭｇの球状形態の合金粉末について研究した結果、金属粉末の構成がＺｎ相、Ｚｎ−Ｍｇ合金（Ｚｎ−Ｍｇ共晶又は金属間化合物）相、更にＺｎとＭｇの固溶体の金属相を含有させたものが塗料化した際に、防食性が優れ、且つ、該固溶体の量が多い程防食性・防錆性が優れるが、これら粉末の金属組織の混合状態によっては、性能発現が不安定で継続して十分な防食性が得られない場合があることを改めて確認した。
【００１０】
そこで、塗料化して十分な防食性が得られる合金粉末条件について研究を重ねた結果、上記粉末の金属組織の混合状態によって、性能発現が不安定で継続して十分な防食性が得られない場合であっても、上記の球状合金粉末を圧延によって扁平したフレーク形状とすることで、従来に比較してより一層優れた防食性が安定して得られること、さらに十分な防食性を得るために必要な合金粉末の成分範囲が従来に比較して著しく拡大されることを見出し本発明を完成したものである。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
金属粉末中のＭｇ含有量としては０．１〜１０質量％、より好ましくは０．２〜５質量％で残部がＺｎを主成分とした金属粉末からなる構成が好ましい。ここでＭｇ濃度が０．１質量％未満だとＭｇによる防食性の向上効果が低減し、また１０質量％超では効果が飽和し経済性が低下するためである。また、残部であるＺｎの含有量は、特に規定するものではないが、通常は９０〜９９．９質量％程度含有されていることが多い。
さらに本発明では、上記成分に加え、金属粉末中にＡｌを添加することが好ましい。Ａｌの添加によって合金フレークとなした場合の、従来に比較してより一層優れた防食性が安定して得られるようになるが、０．１質量％未満では効果が求められず、１０質量％を超えて添加しても効果が飽和する。
【００１２】
金属粉末の製造方法としては、Ｍｇ濃度が０．１〜１０質量％の金属材料（通常は、Ｍｇ含有のＺｎインゴットと微調整用としての純Ｚｎや純Ｍｇ等、さらには純Ａｌを適宜配合したもの）を加熱溶融して汎用の粉末製造方法である揮発法（蒸発凝固法）、アトマイズ法（噴霧法）等で処理することで金属粉末を製造することができる。より均一な組成の合金粉末を得るには、冷却時に生成するＭｇ固溶相、Ｚｎ−Ｍｇ金属間化合物相およびＺｎ相間の沸点の差異を考慮する必要のないアトマイズ法（噴霧法）で製造するのが好ましい。尚、これらの製造法では、ごく微量の不可避的不純物が存在する。このようにして得られた一次粒子をロール圧延、ボールミル、ビーズミル等の方法を用いて合金フレークとなす事ができる。
【００１３】
合金フレークの厚さが５μｍ超では、従来に比較してより一層優れた防食性が安定して得られない場合が生じることから、金属フレークの厚さは５μｍ以下とすることが重要であり、より安定な防食性と塗装作業性を望む場合は２μｍ以下とすることが望ましい。金属フレークの厚さの下限値は塗装性の観点から０．０５μｍとすることが好ましい。
また、金属フレークの長軸の平均粒径が１μｍ未満では従来に比較してより一層優れた防食性が安定して得られない場合が生じることから、１μｍ以上とし、平均粒径が５０μｍを超えると、スプレー塗装時のノズル閉塞等が生じることから５０μｍ以下とする。
【００１４】
かかる金属粉末をビヒクル（液状バインダー）に配合して塗料とするが、この場合のビヒクルとしては、アルキルシリケート、アルカリシリケート、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂およびその他ジンクリッチペイントに用いられている液状バインダーを使用できる。塗料のタイプとしては、エマルジョンタイプ、溶剤タイプのいずれでもよい。ただし耐食性を最大限に発揮させるためには、高沸点系溶剤に溶解させた加水分解エチルシリケート（アルキルシリケートの一種）が好ましい。
また、耐食性を損なわない限り通常のその他の添加剤を加えることができ、防食下塗りとして用いる場合、上塗り塗料としての密着性を向上させるためにはホウ素などの第三成分を添加してもよい。
【００１５】
金属粉末と液状バインダーとの混合比は、最大限に防食性を発揮させるためには、金属粉末を６０〜９０質量％、好ましくは７０〜８０質量％、液状バインダーを１０〜４０質量、好ましくは２０〜３０質量％を均一に混合するのが好ましい。かかる混合により得られた塗料を鋼板等に塗装する。塗装に際して、アルカリシリケートやアルキルシリケート等の無機系バインダーを用いたときには、鋼材や鋼板との密着性を確保するためにある程度の素地調整をすることがより望ましい。手工具や動力工具で処理し塗布してもかまわないが、より高い接着性を確保するためにはブラスト処理をしてから塗布するのが好ましい。
エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂等の有機系バインダーを用いたときには、直接鋼板、鋼材に塗布してもかまわないが、予め表面をブラスト処理したり、燐酸塩処理、クロメート処理してから塗布すれば、より優れた耐食性の塗装鋼板が得られる。
【００１６】
上記の様な種々の方法により、本発明の塗料が塗装された鉄鋼材料が得られる。この塗装された鉄鋼材料の塗料の膜厚は厚くなるほど防食性は増すが、割れやダレを防ぐためには、乾燥後の膜厚が３００μｍ以下、好ましくは５〜１００μｍの膜厚に塗装するのが好ましい。こうして出来た塗膜によって、高耐食性が発揮される。
【００１７】
本発明で、上述した組成および形状の金属フレークとすることで、高耐食性が発揮される理由については不明点が未だ多いが、次のようなことが考えられる。Ｚｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金相及びＺｎとＭｇの固溶体相の３種の相が揮発法（蒸発凝固法）、アトマイズ法（噴霧法）等で処理することで不均一に粒子内外に分布する。これにフレーク圧延を施すことで、Ｚｎ相とＺｎ−Ｍｇ合金相及びＺｎとＭｇの固溶体相の３種の各相の表面露出率の均一性あるいは不均一性がより高まり、その結果防食効果が従来に比較してより高まりかつ効果の安定性が従来に比較して著しく改善されると同時に、さらに十分な防食性を得るために必要な合金粉末の成分範囲が従来に比較して拡大されたものと考えられる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明の具体的な実施例示す。
［実施例１］
表１に調製した合金フレークの一次合金粉末作成時の組成とフレーク圧延後の平均フレーク厚さおよび平均フレーク長軸長さを示す。塗料バインダーにはエチルシリケートを用い、表１に示す合金粉末７５質量％とバインダー２５質量％を混合して各種塗料を調製した。
これらの塗料を用いて、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ４ｍｍを有するショットブラストした鋼板表面に１５μｍの塗膜を形成した各種サンプルを作成した。
本塗膜表面を常温の３質量％ＮａＣｌ溶液に浸漬し、銀−塩化銀電極を基準に、−０．７８Ｖの防食電位以下に電位が保持される期間（時間）を評価した。結果を表２に示す。
表２の結果から明らかなように、本発明の合金フレークを用いた塗料の防食電位以下の保持期間は、その他の比較用塗料に比べて長く、長期間の防食性能に極めて優れていることがわかる。
【００１９】
【表１】
2005336432.tif 000002
【００２０】
【表２】
2005336432.tif 000003
【００２１】
［実施例２］
上記の実施例１で使用したと同じ塗料を用いて、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、厚さ４ｍｍを有するショットブラストした鋼板表面に１５μｍの塗膜を形成した各種サンプルを作成した。作成したサンプルの表面にクロスカットを施しＪＩＳ  Ｚ  ２３７１に基づくＳＳＴ（塩水噴霧試験）環境で赤錆発生までの時間によって各サンプルの防食性能を評価した。その結果を表２に併せて示した。
表２の結果から明らかなように、本発明の合金フレークを用いた塗料が、他の比較用塗料に比べて赤錆発生時間が長く、防食性・防錆性に極めてすぐれていることが分かる。